ADSP——美國模擬器件公司（ADI ： Analog Device Instrument）生產(chǎn)的數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP:Digital Singal Processor），代表系列有 ADSP Sharc 211xx （低端領(lǐng)域），ADSP TigerSharc 101，201（高端領(lǐng)域），ADSP Blackfin 系列（消費(fèi)電子領(lǐng)域）。

　　ADSP與另外一個(gè)著名的德州儀器（TI： Texas Instrument）生產(chǎn)的芯片特點(diǎn)相比較，具有浮點(diǎn)運(yùn)算強(qiáng)，SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）編程的優(yōu)勢， 比較新的Blackfin系列比同一級(jí)別TI產(chǎn)品功耗低。缺點(diǎn)是ADSP不如TI的C語言編譯優(yōu)化好.TI已經(jīng)普及了C語言的編程，而AD芯片的性能發(fā)揮比較依賴程序員的編程水平.ADSP的Linkport數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)是一大特色，但是使用起來不夠穩(wěn)定，調(diào)試難度大。

　　ADI提供的Visual DSP ++2.0， 3.0， 4.0， 4.5 編程環(huán)境，可以支持軟件人員開發(fā)調(diào)試。下面是電子發(fā)燒友網(wǎng)編輯推薦的幾個(gè)關(guān)于ADSP系列芯片的一些典型應(yīng)用。

　　一、一種基于ADSP-2188M的多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　摘 要： 在移動(dòng)智能體的研制中，能夠?qū)崟r(shí)地探測周圍環(huán)境信息的傳感器系統(tǒng)是至關(guān)重要的。本文介紹了一種以DSP-ADSP-2188M為核心的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)和工作原理，以及與上位機(jī)通信的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。該系統(tǒng)可以應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人、智能輪椅、自動(dòng)制導(dǎo)車輛等移動(dòng)智能系統(tǒng)中。

　　引言

　　在自主移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)、智能輪椅、自動(dòng)制導(dǎo)車輛等智能移動(dòng)系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)地采集未知和不確定環(huán)境中的信息，以完成避障、環(huán)境地圖繪制、導(dǎo)航、定位等運(yùn)作，然后進(jìn)行路徑規(guī)劃等任務(wù)。這些任務(wù)必須依靠能實(shí)時(shí)感知環(huán)境信息的傳感器系統(tǒng)來完成。為了在復(fù)雜環(huán)境中獲取有效的信息，這些系統(tǒng)往往安裝有種類各異的傳感器。目前，常用的有視覺、激光、紅外、超聲等傳感器。激光傳感器價(jià)格昂貴，而且在室內(nèi)的結(jié)構(gòu)化環(huán)境中存在鏡面反射的問題。同時(shí)，超聲波傳感器以其性價(jià)比高，硬件實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到感知系統(tǒng)中。同時(shí)，超聲傳感器也面臨鏡面反射的問題，方向性上也有欠缺。所以，在眾多傳感器采集系統(tǒng)中還實(shí)現(xiàn)了紅外傳感器和相位敏感器件（PSD）的數(shù)據(jù)采集。

　　隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP）由于其快速的計(jì)算能力，不僅廣泛應(yīng)用于通信與視頻信號(hào)處理，也逐漸應(yīng)用在各種高級(jí)的控制系統(tǒng)中。AD公司的ADSP-21xx系列提供了低成本、低功耗、高性能的處理能力和解決方案。其中的ADSP-2188M指令執(zhí)行速度高達(dá)75MIPS，加上獨(dú)立的算術(shù)邏輯單元，擁有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力。此外，大容量的RAM被集成到該芯片內(nèi)，以形成真正的單芯片控制器，可以極大地簡化外圍電路設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理能力。我們?cè)O(shè)計(jì)的多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以ADSP-2188M為核心控制器。本文著重介紹該系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)和工作原理，并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1? 多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方框圖
?

圖2? 超聲波接收電路

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)由DSP主控制器、超聲波環(huán)境探測電路、紅外傳感器數(shù)據(jù)采集電路、PSD數(shù)據(jù)采集電路和通信模塊等部分組成。系統(tǒng)的核心為ADSP 2188M，主要完成對(duì)各種傳感器的控制，信號(hào)的發(fā)射與接收，信息的融合及與上位PC主機(jī)進(jìn)行通訊等功能。由于系統(tǒng)對(duì)傳感器的信息已經(jīng)進(jìn)行了集中的預(yù)處理，與PC上位機(jī)進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)量將得到很大的降低，RS232串口通信方式已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性方面的要求。

　　超聲波環(huán)境探測電路

　　超聲波探測電路主要由16路超聲波發(fā)生電路和超聲波接收電路等模塊組成。移動(dòng)智能系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中需要實(shí)時(shí)地了解環(huán)境信息，常常根據(jù)實(shí)際需要將超聲傳感器均勻地布置在系統(tǒng)四周，從而構(gòu)成環(huán)境探測系統(tǒng)。超聲測距的原理較簡單，一般采用渡越時(shí)間法，即：

　　D=Ct / 2 （1）

　　其中D為移動(dòng)機(jī)器人與被測障礙物之間的距離，C為聲波在介質(zhì)中的傳輸速率，t為渡越時(shí)間，聲波在空氣中傳輸速率為：

　　（2）

　　其中，Ｔ為絕對(duì)溫度。在不要求測距精度很高的情況下，一般可以認(rèn)為C為常數(shù)。測量超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間間隔t，然后根據(jù)式（1）計(jì)算距離。

　　超聲波發(fā)射部分主要由激勵(lì)信號(hào)發(fā)生電路，緩沖升壓放大和超聲波換能器等環(huán)節(jié)構(gòu)成。超聲波發(fā)射過程是：首先由DSP控制多路模擬開關(guān)ADG438F，選擇性地啟動(dòng)16路發(fā)射電路中的4路。然后由ADSP2188M的一個(gè)I/O口產(chǎn)生脈寬為25μs的40kHz的調(diào)制脈沖波，通過緩沖放大器7406，再經(jīng)變壓器升壓放大電路產(chǎn)生幅度達(dá)60V的瞬間高能激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)激發(fā)4路超聲換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)。ADG438F的最大開啟時(shí)間為250ns，不會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

　　超聲波的接收與發(fā)射必須協(xié)調(diào)一致工作，才能保證信號(hào)準(zhǔn)確靈敏的接收。接收部分主要由接收換能器、放大濾波、整形觸發(fā)輸出等環(huán)節(jié)組成，如圖2所示。由于超聲波在傳播中，其能量會(huì)隨傳輸距離的增大而減小，從遠(yuǎn)距離障礙物反射的回波信號(hào)一般比較弱（為mv級(jí)），所以需要經(jīng)過多級(jí)信號(hào)放大處理。本系統(tǒng)采用了三級(jí)放大處理，將信號(hào)放大約150萬倍，然后經(jīng)整形電路輸出。4路超聲傳感器接收電路將經(jīng)過整形以后的信號(hào)作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，通過多路模擬開關(guān)再接入ADSP-2188M的外部中斷引腳，觸發(fā)DSP的外部中斷。

　　實(shí)驗(yàn)測得該超聲傳感器的靈敏范圍大約為30度，測距范圍為0.30~3m，重復(fù)測距精度在1％以內(nèi)。

　　紅外傳感器數(shù)據(jù)采集電路

　　紅外傳感器數(shù)據(jù)采集模塊主要由8路紅外傳感器、光電隔離電路和電子開關(guān)組成。紅外傳感器的探測距離一般比較短，通常被用作近距離障礙目標(biāo)的識(shí)別，可以在一定程度上彌補(bǔ)超聲傳感器盲區(qū)特性的不足。其輸出為0或1的開關(guān)量。紅外傳感器一般在靜態(tài)時(shí)工作電流為25mA左右，而在動(dòng)態(tài)工作時(shí)可達(dá)60mA。因而，紅外傳感器陣列的使用將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)帶來很大的負(fù)擔(dān)。為此，在紅外傳感器數(shù)據(jù)采集模塊中引入三極管的電子開關(guān)，控制紅外傳感器的供電電源，當(dāng)需要采集紅外傳感器信息時(shí)，才接通紅外傳感器的電源。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定，該電子開關(guān)的反應(yīng)速度達(dá)到5.6μs，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性幾乎沒有影響。

　　8路紅外傳感器的數(shù)據(jù)通過光電耦合電路直接連接到ADSP2188M的高8位數(shù)據(jù)線上，實(shí)現(xiàn)并行采集。

　　PSD數(shù)據(jù)采集電路

　　PSD數(shù)據(jù)采集電路由4個(gè)PSD傳感器組成，用于目標(biāo)距離的檢測。它的工作原理就是通過測量發(fā)射和反射紅外光之間的相位差來測量反射物體的距離，被測物體的顏色也不會(huì)影響其測距精度。PSD可以彌補(bǔ)超聲傳感器方向性差，測量響應(yīng)時(shí)間較長等缺點(diǎn)。我們使用的是Sharp公司的GP2Y0A02YK紅外測距器件。該器件能夠把相位差的變化轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化，可以連續(xù)的讀出距離。測量范圍為20~150cm，輸出電壓范圍0~2.7V。

　　系統(tǒng)的軟件描述

　　系統(tǒng)軟件主要由主循環(huán)模塊、超聲回波中斷接收模塊、通訊模塊等組成。具體流程圖如圖3所示。

　　隙鍆獾氖奔淅醋槌擅で？郵薄Ｑ郵幣院缶涂梢鑰？敉獠恐卸希？⒀？返卻?超聲回波信號(hào)。最后，不管有沒有接收到回波，應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，避免在室內(nèi)工作環(huán)境下超聲波的余波效應(yīng)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　首先，我們對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的超聲傳感器和PSD的測距性能進(jìn)行了測試：讓該系統(tǒng)的不同傳感器對(duì)同一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測距，超聲傳感器的實(shí)際結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)證明兩種傳感器的重復(fù)測量精度均在1％之內(nèi)，兩者之間的誤差也不超過2％，精度完全能夠滿足一般移動(dòng)智能系統(tǒng)的要求。

　　同時(shí)，為了驗(yàn)證整個(gè)多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，我們計(jì)算了系統(tǒng)的主循環(huán)模塊在最差條件下（即所有的超聲傳感器都沒有探測到回波信號(hào)），所用的時(shí)間約為35.33ms。也就是說，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的更新頻率能夠達(dá)到30Hz左右，證明系統(tǒng)有良好的實(shí)時(shí)性。

　　結(jié)語

　　本文研究了一種高性能、低成本、低功耗多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬、軟件實(shí)現(xiàn)和工作原理。系統(tǒng)以高性能的數(shù)字信號(hào)處理器ADSP2188M為核心處理器，集中實(shí)現(xiàn)多個(gè)紅外、超聲和PSD傳感器數(shù)據(jù)的采集和傳輸。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了硬件系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和算法的有效性。

　　二、基于ADSP-21160的液晶驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

　　薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）具有重量輕、平板化、低功耗、無輻射、顯示品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大，已經(jīng)從音像制品、筆記本電腦等顯示器發(fā)展到臺(tái)式計(jì)算機(jī)、工程工作站（EWS）用監(jiān)視器。對(duì)液晶顯示器的要求也正在向高分辨率、高彩色化發(fā)展。

　　由于CRT顯示器和液晶屏具有不同的顯示特性，兩者的顯示信號(hào)參數(shù)也不同，因此在計(jì)算機(jī)（或MCU）和液晶屏之間設(shè)計(jì)液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電路是必需的，其主要功能是通過調(diào)制輸出到LCD電極上的電位信號(hào)、峰值、頻率等參數(shù)來建立交流驅(qū)動(dòng)電場。

　　本文實(shí)現(xiàn)了將VGA接口信號(hào)轉(zhuǎn)換到模擬液晶屏上顯示的驅(qū)動(dòng)電路，采用ADI公司的高性能DSP芯片ADSP-21160來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路的主要功能。

　　硬件電路設(shè)計(jì)

　　AD9883A 是高性能的三通道視頻ADC可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)RGB三色信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣。系統(tǒng)采用32位浮點(diǎn)芯片ADSP-21160來處理數(shù)據(jù)，能實(shí) 時(shí)完成伽瑪校正、時(shí)基校正、圖像優(yōu)化等處理，且滿足了系統(tǒng)的各項(xiàng)性能需求。ADSP-21160有6個(gè)獨(dú)立的高速8位并行鏈路口，分別連接ADSP- 21160前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9883A和后端的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADV7125。ADSP-21160具有超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)，支持單指令多操作數(shù) （SIMD）模式，采用高效的匯編語言編程能實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，不會(huì)因?yàn)樘幚頂?shù)據(jù)時(shí)間長而出現(xiàn)延遲。

　　系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用不同的鏈路口完成輸入和輸出，可以避免采用總線可能產(chǎn)生的通道沖突。模擬視頻信號(hào)由AD9883A完成模數(shù)轉(zhuǎn) 換。AD9883A是個(gè)三通道的ADC，因此系統(tǒng)可以完成單色的視頻信號(hào)處理，也可以完成彩色的視頻信號(hào)處理。采樣所得視頻數(shù)字信號(hào)經(jīng)鏈路口輸入到 ADSP-21160，完成處理后由不同的鏈路口輸出到ADV7125，完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。ADV7125是三通道的DAC，同樣也可以用于處理彩色信號(hào)。輸 出視頻信號(hào)到灰度電壓產(chǎn)生電路，得到驅(qū)動(dòng)液晶屏所需要的驅(qū)動(dòng)電壓。ADSP-21160還有通用可編程I/O標(biāo)志腳，可用于接受外部控制信號(hào)，給系統(tǒng)及其 模塊發(fā)送控制信息，以使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定有序地工作。例如，ADSP-21160為灰度電壓產(chǎn)生電路和液晶屏提供必要的控制信號(hào)。另外，系統(tǒng)還設(shè)置了一些 LED燈，用于直觀的指示系統(tǒng)硬件及DSP內(nèi)部程序各模塊的工作狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)硬件原理框圖

　　本設(shè)計(jì)采用從閃存引導(dǎo)的方式加載DSP的程序文件，閃存具有很高的性價(jià)比，體積小，功耗低。由于本系統(tǒng)中的閃存既要存儲(chǔ)DSP程序，又要保存對(duì)應(yīng)于 不同的伽瑪值的查找表數(shù)據(jù)以及部分預(yù)設(shè)的顯示數(shù)據(jù)，故選擇ST公司的容量較大的M29W641DL，既能保存程序代碼，又能保存必要的數(shù)據(jù)信息。

　　圖2為DSP與閃存的接口電路。因?yàn)椴捎?位閃存引導(dǎo)方式，所以ADSP-21160地址線應(yīng)使用A20～A0，數(shù)據(jù)線為D39～32，讀、寫和片選信號(hào)分別接到閃存相應(yīng)引腳上。

圖2 DSP和Flash的接口電路

　　系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

　　本設(shè)計(jì)采用ADSP-21160完成伽瑪校正、時(shí)基校正、時(shí)鐘發(fā)生器、圖像優(yōu)化和控制信號(hào)的產(chǎn)生等功能。

　　伽瑪校正原理

　　在 LCD中，驅(qū)動(dòng)IC/LSI的DAC圖像數(shù)據(jù)信號(hào)線性變化，而液晶的電光特性 是非線性，所以要調(diào)節(jié)對(duì)液晶所加的外加電壓，使其滿足液晶顯示亮度的線性，即伽瑪（γ）校正。γ校正是一個(gè)實(shí)現(xiàn)圖像能夠盡可能真 實(shí)地反映原物體或原圖像視覺信息的重要過程。利用查找表來補(bǔ)償液晶電光特性的γ校正方法能使液晶顯示系統(tǒng)具有理想的傳輸函數(shù)。未校正時(shí)液晶顯 示系統(tǒng)的輸入輸出曲線呈S形。伽瑪表的作用就是通過對(duì)ADC進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行反S形的非線性變換，最終使液晶顯示系統(tǒng)的輸入輸出曲線滿足實(shí)際要求。

　　LCD的γ校正圖形如圖3所示，左圖是LCD的電光特性曲線圖，右圖是LCD亮度特性曲線和電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換圖。

圖3 LCD的γ校正示意圖

　　伽瑪校正的實(shí)現(xiàn)

　　本文采用較科學(xué)的γ校正處理技術(shù)，對(duì)數(shù)字三基色視頻信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)字γ校正（也可以對(duì)模擬三基色視頻信號(hào)分別進(jìn)行γ校正）。在完成γ校正的同時(shí)，并不損失灰度層次，使全彩色顯示屏圖像更鮮艷，更逼真，更清晰。

　　某 單色光γ調(diào)整過程如圖4所示，其他二色與此相同。以單色光γ調(diào)整為例：ADSP-21160 首先根據(jù)外部提供的一組控制信號(hào)，進(jìn)行第一次查表，得到γ調(diào)整系數(shù)（γ值）。然后根據(jù)該γ值和輸入的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行第 二次查表，得到經(jīng)校正后的顯示數(shù)據(jù)。第一次查表的γ值是通過外部的控制信號(hào)輸入到控制模塊進(jìn)行第一次查表得到的。8位顯示數(shù)據(jù)信號(hào)可查表數(shù)字 0～255種灰度級(jí)顯示數(shù)據(jù)（γ校正后）。

　　
圖4 單色光γ調(diào)整的過程

　　圖像優(yōu)化

　　為了提高圖像質(zhì)量，ADSP-21160內(nèi)部還設(shè)計(jì)了圖像效果優(yōu)化及特技模塊，許多 在模擬處理中無法進(jìn)行的工作可以在數(shù)字處理中進(jìn)行，例如，二維數(shù)字濾波、輪廓校正、細(xì)節(jié)補(bǔ)償頻率微調(diào)、準(zhǔn)確的彩色矩陣（線性矩陣電路）、黑斑校正、g校 正、孔闌校正、增益調(diào)整、黑電平控制及雜散光補(bǔ)償、對(duì)比度調(diào)節(jié)等，這些處理都提高了圖像質(zhì)量。

　　數(shù)字特技是對(duì)視頻信號(hào)本身進(jìn)行尺寸、位置變 化和亮、色信號(hào)變化的數(shù)字化處理，它能使圖像變成各種形狀，在屏幕上任意放縮、旋轉(zhuǎn)等，這些是模擬特技無法實(shí)現(xiàn)的。還可以設(shè)計(jì)濾波器來濾除一些干擾信號(hào)和 噪聲信號(hào)等，使圖像的清晰度更高，更好地再現(xiàn)原始圖像。所有的信號(hào)和數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在DSP內(nèi)部，由它內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘模塊和控制模塊實(shí)現(xiàn)的。

　　時(shí)基校正及系統(tǒng)控制

　　由于ADSP-21160內(nèi)部各個(gè)模塊的功能和處理時(shí)間不同，各模塊之間 存在一定延時(shí)，故需要進(jìn)行數(shù)字時(shí)基校正，使存儲(chǔ)器最終輸出的數(shù)據(jù)能嚴(yán)格對(duì)齊，而不會(huì)出現(xiàn)信息的重疊或不連續(xù)。數(shù)字時(shí)基校正主要用于校正視頻信號(hào)中的行、場 同步信號(hào)的時(shí)基誤差。首先，將被校正的信號(hào)以它的時(shí)基信號(hào)為基準(zhǔn)寫入存儲(chǔ)器，然后，以TFT-LCD的時(shí)基信號(hào)為基準(zhǔn)讀出，即可得到時(shí)基誤差較小的視頻信 號(hào)。同時(shí)它還附加了其他功能，可以對(duì)視頻信號(hào)的色度、亮度、飽和度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)行、場相位、負(fù)載波相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，并具有時(shí)鐘臺(tái)標(biāo)的功能。

　　控 制模塊主要負(fù)責(zé)控制時(shí)序驅(qū)動(dòng)邏輯電路以管理和操作各功能模塊，如顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的管理和操作，負(fù)責(zé)將顯示數(shù)據(jù)和指令參數(shù)傳輸?shù)轿唬?fù)責(zé)將參數(shù)寄存器的內(nèi)容 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的顯示功能邏輯。內(nèi)部的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生控制信號(hào)及地址，根據(jù)水平和垂直顯示及消隱計(jì)數(shù)器的值產(chǎn)生控制信號(hào)。此外，它還可以接收外部控制信號(hào)，以 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，從而使該電路的功能更加強(qiáng)大，更加靈活。

　　此外，ADSP21160的內(nèi)部還設(shè)計(jì)了I2C總線控制模塊，模擬I2C總線的工作，為外部的具有I2C接口的器件提供SCLK（串行時(shí)鐘信號(hào)）和SDA（雙向串行數(shù)據(jù)信號(hào)）。模擬I2C工作狀態(tài)如圖5和圖6所示。

　　
圖5 串行端口讀/寫時(shí)序


圖6串行接口-典型的字節(jié)傳送

　　系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

　　在軟件設(shè)計(jì)如圖7所示，采用Matlab軟件計(jì)算出校正值，并以查找表的文件形式存儲(chǔ)，供時(shí)序的調(diào)用。系統(tǒng)上電開始，首先要完成ADSP- 21160的一系列寄存器的設(shè)置，以使DSP能正確有效地工作。當(dāng)ADSP-21160接收到有效的視頻信號(hào)以后，根據(jù)外部控制信息確定γ 值。為適應(yīng)不同TFT-LCD屏對(duì)視頻信號(hào)的顯示，系統(tǒng)可以通過調(diào)整γ值，以調(diào)節(jié)顯示效果到最佳。再如圖4所示，對(duì)先前預(yù)存的文件進(jìn)行查表， 得到所需的矯正后的值，然后暫存等待下一步處理。系統(tǒng)還可以根據(jù)視頻信號(hào)特點(diǎn)和用戶需要完成一些圖像的優(yōu)化和特技，如二維數(shù)字濾波、輪廓校正、增益調(diào)整、 對(duì)比度調(diào)節(jié)等。這些操作可由用戶需求選擇性使用。利用ADSP-21160還可以實(shí)現(xiàn)圖像翻轉(zhuǎn)、停滯等特技。最后進(jìn)行數(shù)字時(shí)基校正，主要用于校正視頻信號(hào) 中的行、場同步信號(hào)的時(shí)基誤差，使存儲(chǔ)器最終輸出的數(shù)據(jù)能嚴(yán)格對(duì)齊，而不會(huì)出現(xiàn)信息的重疊或不連續(xù)。除了以上所述的主要功能以外，ADSP-21160還 根據(jù)時(shí)序控制信號(hào)，為灰度電壓產(chǎn)生電路和TFT-LCD屏提供必要的控制信號(hào)。另外，ADSP-21160還能設(shè)置驅(qū)動(dòng)通用I/O腳配置的LED燈，顯示 系統(tǒng)工作狀態(tài)。

　　
圖7 軟件流程圖

　　結(jié)束語

　　本文介紹了基于ADSP-21160的液晶驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。該驅(qū)動(dòng)電路能完成伽馬校正、圖像優(yōu)化及時(shí)基校正等功能，并能提供具有足夠驅(qū)動(dòng)能力的時(shí)序和 邏輯控制信號(hào)，能驅(qū)動(dòng)大部分的TFT-LCD。用ADSP-21160設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)時(shí)性好、通用性強(qiáng)、速度快且高效；而且還能在ADSP-21160中 嵌入其他功能模塊控制，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能。這樣不僅充分利用了ADSP-21160資源，又節(jié)省了外部資源，簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)。作者將SONY的 LCX029CPT顯示屏應(yīng)用在本文所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路上，顯示出質(zhì)量很高的圖像，因此該設(shè)計(jì)滿足驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的要求。

　　三、基于CY7C68013A和FPGA的ADSP-TS101擴(kuò)展USB接口設(shè)計(jì)

　　ADI公司的DSP器件(ADSP-TS101)具有浮點(diǎn)實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)、并行性好等優(yōu)點(diǎn)，從而廣泛被彈載信號(hào)處理系統(tǒng)選用。其作為彈載主處理器，在導(dǎo)彈的系統(tǒng)試驗(yàn)中，需要利用上位機(jī)對(duì)其中的大數(shù)據(jù)量的軟件變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，這就需要一個(gè)上行傳輸給上位機(jī)的高速通信接口，數(shù)據(jù)上行的數(shù)據(jù)率需要大于6 MB/s。同時(shí)這個(gè)通信接口還需具有雙向特性，通過數(shù)據(jù)下行可實(shí)現(xiàn)在線程序加載與燒寫。這樣的通信接口，還需具備設(shè)備連接簡單、通用性強(qiáng)等特性，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程(大于3m)數(shù)據(jù)傳輸。

　　ADSP-TS101自身的外總線接口和鏈路口(Linkport接口)，雖速度很快，但連接復(fù)雜，難以長線傳輸，并不具備上述需求特征。可以通過在DSP的Linkport總線接口上增加FPGA實(shí)現(xiàn)的適配電路，擴(kuò)展USB 2.0接口，實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用需求。下文將介紹具體的實(shí)現(xiàn)方案。

　　1 系統(tǒng)總體方案

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體方案如圖1所示。

　　在本方案中，USB接口芯片選用Cypress公司的CY7C68013A。該芯片是Cypress公司FX2系列USB 2.0集成微控制器之一。集成了USB 2.0收發(fā)器、SIE、增強(qiáng)8051微控制器和GPIF，是一種優(yōu)秀的高速USB外設(shè)控制器。內(nèi)置的8051微控制器獨(dú)立于USB數(shù)據(jù)通道，由SIE實(shí)現(xiàn)大部分USB 1.1和USB 2.0協(xié)議;USB FIFO和外部從FIFO映射到相同的8個(gè)512 B RAM模塊，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部傳輸和外部傳輸?shù)臒o縫連接，可以較低的代價(jià)獲得較高的帶寬;8.5 KB內(nèi)部RAM空間，可運(yùn)行較為復(fù)雜的固件，實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)硬件的配置。GPIF是由用戶可編程有限狀態(tài)機(jī)驅(qū)動(dòng)的柔性8/16位并行口，可編程GPIF向量組成一個(gè)GPIF波形，匹配受控接口的時(shí)序。

　　ADSP-TS101作為彈載主DSP芯片，含4個(gè)鏈路口，每個(gè)鏈路口可在時(shí)鐘雙沿以8位進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，速率高達(dá)250 MB/s。通過該接口，DSP每個(gè)處理幀將預(yù)觀測的變量結(jié)果以DMA的方式打包向上位機(jī)發(fā)送。

　　FPGA實(shí)現(xiàn)ADSP-TS101的Linkport接口與CY7C68013A之間的雙向數(shù)據(jù)緩沖和接口協(xié)議轉(zhuǎn)換。考慮到CY7C68013A中的 FIFO容量較DSP的一個(gè)處理幀預(yù)發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)量較小，故在FPGA中設(shè)置上行和下行各一個(gè)大容量FIFO，用于數(shù)據(jù)緩沖，以減少對(duì)DSP中并行流水運(yùn)行的程序的打擾。這里，由于DSP鏈路口的瞬時(shí)數(shù)據(jù)率遠(yuǎn)高于USB芯片的傳輸速率(理論上限為60 MB/s)，故FIFO的DSP端口的數(shù)據(jù)傳輸為：一個(gè)處理幀只操作一次，而USB芯片端則分成多次操作。

　　限于篇幅，下文將重點(diǎn)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)率要求高、設(shè)計(jì)難度大的上行通道的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)描述。

　　FPGA需要模擬Linkport口的接口時(shí)序，其與DSP的硬件連接關(guān)系圖如圖2所示。

　　Link協(xié)議通過8位并行數(shù)據(jù)總線完成雙向數(shù)據(jù)傳輸，與數(shù)據(jù)總線配合的還有相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)線LxCLKIN，LxCLKOUT。

　　2.1 Linkport口的傳輸協(xié)議

　　Linkport口傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，每8個(gè)周期傳送一個(gè)4字組(16 B)，在時(shí)鐘的上升沿和下降沿均傳送一個(gè)字節(jié)。在傳送過程中，發(fā)送端將檢測接收端的LxCLKOUT信號(hào)，僅當(dāng)接收端將它的LxCLKOUT置為高時(shí)，即接收端處于接收方式，且有空閑的緩沖時(shí)，發(fā)送端才可以啟動(dòng)下一個(gè)傳送過程。

　　傳送啟動(dòng)過程如圖3所示，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)信號(hào)LxCLKOUT為低電平，以此向接收端發(fā)出令牌請(qǐng)求，發(fā)出令牌請(qǐng)求后，發(fā)送端等待6個(gè)周期，并驗(yàn)證LxCLKIN是否依舊為高，若是則啟動(dòng)傳送過程。傳送過程啟動(dòng)一個(gè)周期以后，接收端將發(fā)送端的LxCLKIN驅(qū)動(dòng)為低，以此作為連接測試。若接收完當(dāng)前4字組后接收端無法再接收另外的4字組，則接收端保持LxCLKIN為低。這種情況下，緩沖空閑后LxCLKIN信號(hào)被禁止。若緩沖為空，則接收端將置LxCLKIN為高電平。

　　作為同步信號(hào)，LxCLKOUT信號(hào)由發(fā)送端驅(qū)動(dòng)。數(shù)據(jù)在LxCLKOUT的上升沿和下降沿處鎖存到接收緩沖中，發(fā)送和接收緩沖都是128b寬。 LxCLKIN信號(hào)由接收端驅(qū)動(dòng)，發(fā)往發(fā)送端，它通常用作“等待”指示信號(hào)，但LxCLKIN信號(hào)也可以用作連接測試信號(hào)，保證接收端能正確地接收當(dāng)前傳送數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)LxCLKIN信號(hào)用于等待指示信號(hào)時(shí)，接收端驅(qū)動(dòng)LxCLKIN信號(hào)為低電平。若LxCLKIN信號(hào)保持低電平狀態(tài)，則發(fā)送端可以[完成當(dāng)前的4字組傳送，但無法啟動(dòng)下一個(gè)垂字組傳送。若還有其余的數(shù)據(jù)需要傳送，發(fā)送端需將LxCLKOUT置低，并等待接收端將 LxCLKIN驅(qū)動(dòng)為高電平。如果在第12個(gè)時(shí)鐘沿到來之前LxCLKIN變?yōu)楦唠娖剑瑒t緊跟著傳送的將是新的4字組。

　　2.2 FPGA內(nèi)的Linkport口邏輯設(shè)計(jì)

　　由于Link協(xié)議采用雙時(shí)鐘沿傳輸數(shù)據(jù)，而同步FPGA系統(tǒng)中，一般只采用單一時(shí)鐘的上升沿完成操作，因此需要將FPGA系統(tǒng)工作頻率SCLK設(shè)定為Link時(shí)鐘的2倍。然后將該時(shí)鐘的兩分頻輸出作為LxCLKOUT信號(hào)，有效數(shù)據(jù)則在SCLK的上升沿更新。

　　FPGA中的Linkport口接口模塊電路與ADSP-TS101的Linkport口完全兼容，且采用了雙向雙倍數(shù)據(jù)傳輸DDR技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)雙向雙倍的數(shù)據(jù)傳輸。FPGA中的Link口接口模塊電路如圖4所示。

　　圖5是FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)據(jù)上行的Linkport口接收時(shí)序仿真圖(基于Modelsim仿真軟件)。

　　Link口協(xié)議的一大特點(diǎn)就是在收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)可以選擇是否需要校驗(yàn)位VERE比特，VERE的啟用或關(guān)閉可以通過ADSP-TS101中的寄存器來設(shè)置，也可以通過FPGA模塊中的Verein信號(hào)置高或置低來設(shè)置。該設(shè)計(jì)在FPGA中設(shè)置VERE信號(hào)的啟用或關(guān)閉。當(dāng)VERE啟用后，F(xiàn)PGA模塊中的輸出信號(hào)Rx_Vere_Bad用于表征最后接收的128 b數(shù)據(jù)是否正確。由于使用VERE有兩個(gè)好處，一是能保證數(shù)據(jù)的完整性;二是能減小在兩個(gè)時(shí)鐘不嚴(yán)格一致的系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)重疊的可能性。因而在設(shè)計(jì)中采用了帶數(shù)據(jù)校驗(yàn)的傳輸方式。

　　3.1 傳輸方式的確定

　　CY7C68013A芯片具有GPIF模式和從屬FIFO(Slave FIFO)模式兩種接口工作模式。在本設(shè)計(jì)中，USB數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)完成存儲(chǔ)算法產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的高速傳輸，由于不涉及到對(duì)外部電路的控制，所以不選用GPIF模式，而選擇Slave FIFO模式進(jìn)行連接。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，用Slave FIFO接口模式，批量傳輸，自動(dòng)輸入(AUTOIN)方式，使用EP6端口作為上行輸入緩沖區(qū)。CY7C68013A的，Slave FIFO接口模式如圖6所示。

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　　3.2 EZ-USB FX2時(shí)序設(shè)計(jì)

　　在本設(shè)計(jì)的FPGA中，設(shè)計(jì)了如圖6的外部主控制器的功能邏輯。由于DSP端Linkport口數(shù)據(jù)傳輸速率很高，而在USB端的速率可能無法跟 Linkport口的數(shù)據(jù)率相匹配，故在FPGA中開辟一個(gè)2KB的FIFO，經(jīng)由Linkport上傳的數(shù)據(jù)首先傳送到FIFO中，之后再經(jīng)由USB口上傳至主機(jī)。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕O(shè)計(jì)USB的數(shù)據(jù)傳輸速率為DSP Link口的1/8。在此，對(duì)FPGA邏輯應(yīng)用Modelsim軟件進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖7所示。

　　圖7中，在LxCLKIN時(shí)鐘的上升沿和下降沿將DSP_Data中的數(shù)據(jù)寫入到FPGA的FIFO中，然后再把FIFO中的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)線 USB_Data中輸出給EZ-USB FX2的FD數(shù)據(jù)線，最后經(jīng)由USB傳送給主機(jī)。圖中USB_Data的數(shù)據(jù)率明顯只有DSP_Data數(shù)據(jù)率的1/8，是符合設(shè)計(jì)要求的。

　　在上傳傳輸時(shí)，采用異步自動(dòng)輸入方式。EZ-USB FX2芯片F(xiàn)IFO異步寫時(shí)序如圖8所示。根據(jù)此時(shí)序，在本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA輸出的USB_Data信號(hào)提供給USB的FD數(shù)據(jù)線，F(xiàn)PGA輸出的 USB_SLWR提供給USB的SLWR，USB端便能在SLWR的下降沿把數(shù)據(jù)線FD中的數(shù)據(jù)寫入到FX2芯片F(xiàn)IFO中，并由USB傳送給主機(jī)。

　　4 結(jié)語

　　本文重點(diǎn)對(duì)DSP擴(kuò)展USB接口的數(shù)據(jù)上行通道的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)論述。本系統(tǒng)經(jīng)測試驗(yàn)證，通過該擴(kuò)展USB接口，配合定制的上位機(jī)軟件，DSP數(shù)據(jù)上傳PC機(jī)的速率平均達(dá)到8 MB/s以上，連接可靠穩(wěn)定，滿足對(duì)DSP變量實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)率需求，同時(shí)可通過此接口完成程序的加載與燒寫功能。僅需一臺(tái)帶USB接口的PC機(jī)，就能完成彈載DSP系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測試與在線程序加載，簡捷、通用、方便，具有顯著的工程實(shí)用價(jià)值。

四、基于SigmaDSP的車載音響噪音降低方案

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　　ADAU1401是一款完整的單芯片音頻系統(tǒng)，包括完全可編程的28/56位音頻DSP、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)及類似微控制器的控制接口。信號(hào)處理包括均衡、低音增強(qiáng)、多頻段動(dòng)態(tài)處理、延遲補(bǔ)償、揚(yáng)聲器補(bǔ)償和立體聲聲場加寬。這種處理技術(shù)可與高端演播室設(shè)備的效果相媲美，能夠彌補(bǔ)由于揚(yáng)聲器、功放和聽音環(huán)境的實(shí)際限制所引起的失真，從而明顯改善音質(zhì)。

　　借助方便易用的SigmaStudio開發(fā)工具，用戶可以使用不同的功能模塊以圖形化的方式配置信號(hào)處理流程， 例如雙二階濾波器、動(dòng)態(tài)處理器、電平控制和GPIO接口控制等模塊。

　　噪底

　　與便攜式設(shè)備不同，車載音響系統(tǒng)配有高功率放大器，每個(gè)功放能夠提供高達(dá)40 W-50 W功率，每輛汽車至少有四個(gè)揚(yáng)聲器。由于功率較大， 噪底很容易被放大，使得人耳在安靜的環(huán)境下就能感受到。例如，假設(shè)揚(yáng)聲器靈敏度約為90 dB/W，則4 Ω揚(yáng)聲器中的1 mV rms噪聲可以產(chǎn)生大約24 dB的聲壓級(jí)(SPL)，這一水平噪音人耳在安靜環(huán)境下就能夠感受到。可能的噪聲源有很多， 如圖1所示，主要噪聲源包括電源噪聲(VG)、濾波器/緩沖器噪聲(VF)以及電源接地布局不當(dāng)引起的噪聲VE。VO是來自處理器的音頻信號(hào)，VIN是揚(yáng)聲器功率放大器的音頻輸入信號(hào)。

　　圖1. 車載音響系統(tǒng)的噪聲源示例

　　電源開關(guān)期間的爆音：車載音頻功率放大器一般采用12 V單電源供電，而DSP則需要使用低壓電源(例如3.3 V)，濾波器/緩沖器可能采用雙電源供電(例如±9 V)。在以不同的電源電壓工作的各部分電路之間，必須使用耦合電容來提供信號(hào)隔離。在電源開/關(guān)期間，電容以極快的速度充電/放電，產(chǎn)生的電壓跳變沿著信號(hào)鏈傳播，最終導(dǎo)致?lián)P聲器發(fā)出爆音。圖2顯示了這一過程。

　　圖2. 揚(yáng)聲器產(chǎn)生爆音的原理

　　雖然知道噪底和爆音的來源，而且也努力采用良好的電路設(shè)計(jì)和布局布線技術(shù)，以及選擇噪聲更低的優(yōu)良器件來降低信號(hào)源處的噪聲，但在設(shè)計(jì)過程中仍然可能出現(xiàn)許多不確定性。汽車多媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須處理許多復(fù)雜問題，因此必須具備高水平的模擬/混合信號(hào)設(shè)計(jì)技能。即便如此，原型產(chǎn)品的性能仍有可能與原來的預(yù)期不符。例如，1 mV rms的噪聲水平會(huì)帶來巨大挑戰(zhàn)。至于爆音，現(xiàn)有解決方案使用MCU來控制電源開關(guān)期間功率放大器的操作順序，但當(dāng)MCU距離功率放大器較遠(yuǎn)時(shí)，布局布線和電磁干擾(EMI)會(huì)構(gòu)成潛在問題。

　　功耗

　　隨著車載電子設(shè)備越來越多，功耗問題變得日趨嚴(yán)重。例如，如果音頻功率放大器的靜態(tài)電流達(dá)到200 mA，則采用12 V電源時(shí)，靜態(tài)功耗就高達(dá)2.4 W。如果有一種方法能檢測到?jīng)]有輸入信號(hào)或信號(hào)足夠小，進(jìn)而關(guān)閉功率放大器，那么在已開機(jī)但不需要揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的時(shí)候，就可以節(jié)省不少功耗。

　　將車載音響系統(tǒng)的噪聲和功耗降至最低

　　利用SigmaDSP技術(shù)，就可以提供這樣一種方法， 可以減小系統(tǒng)噪聲和功耗，同時(shí)不增加硬件成本。圖3是一個(gè)4揚(yáng)聲器車載音響系統(tǒng)的框圖，其中ADAU1401 SigmaDSP處理器用作音頻后處理器。除了采樣、轉(zhuǎn)換、音頻信號(hào)數(shù)字處理和生成額外的揚(yáng)聲器通道以外，SigmaDSP處理器還具有通用輸入/輸出 (GPIO)引腳可用于外部控制。微控制器(MCU)通過I2C接口與SigmaDSP處理器進(jìn)行通信，模擬輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)采用精密運(yùn)算放大器 ADA4075-2的低通濾波器/緩沖器級(jí)。

　　圖3. 四揚(yáng)聲器車載音響系統(tǒng)

　　SigmaDSP處理器與功率放大器之間的紅色信號(hào)線控制功率放大器的靜音/待機(jī)引腳。在正常默認(rèn)工作模式下，開集GPIO1引腳通過10 kΩ上拉電阻設(shè)置為高電平(圖中未標(biāo)注)。ADAU1401具有均方根信號(hào)檢測功能，可確定是否存在輸入信號(hào)。當(dāng)沒有輸入信號(hào)時(shí)，GPIO1變?yōu)榈碗娖剑β史糯笃髦糜陟o音/待機(jī)模式，因而揚(yáng)聲器沒有噪聲輸出，同時(shí)功放的待機(jī)功耗也很低。當(dāng)檢測到高于預(yù)定閾值(例如–45 dB)的輸入信號(hào)時(shí)，GPIO1變?yōu)楦唠娖剑β史糯笃髡９ぷ鳌＿@時(shí)雖然噪底仍然存在，但由于信號(hào)的高信噪比(SNR)將其屏蔽，使它不易被人耳感知到。

　　電源開關(guān)期間，SigmaDSP處理器(而不是MCU)通過響應(yīng)MCU的命令直接控制功率放大器的靜音/待機(jī)。例如，在電源接通期間，來自MCU的控制信號(hào)通過I2C接口設(shè)置SigmaDSP處理器的GPIO1，使之保持低電平(靜音)，直到預(yù)定的電容充電過程完成，然后MCU將 GPIO1設(shè)置為高電平，由此消除啟動(dòng)瞬變所引起的爆音。關(guān)閉電源時(shí)，GPIO立即變?yōu)榈碗娖剑构β史糯笃魈幱陟o音/待機(jī)狀態(tài)，從而消除電源切斷時(shí)產(chǎn)生的爆音。將功率放大器置于SigmaDSP處理器而不是MCU的直接控制之下的原因是SigmaDSP處理器通常距離功率放大器更近，因此布局布線和 EMI控制也更容易實(shí)現(xiàn)。

　　如上所述，利用SigmaStudio軟件算法可以測量輸入信號(hào)的均方根電平。使用SigmaStudio圖形開發(fā)工具，很容易設(shè)置均方根檢測模塊，并用它來控制GPIO狀態(tài)，如圖4的范例所示。

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　　圖4. SigmaStudio均方根檢測、GPIO控制和壓限器電路圖

　　均方根檢測功能利用均方根算法單元和邏輯單元實(shí)現(xiàn)。信號(hào)閾值必須具有遲滯功能，用以消除靜音功能響應(yīng)小變化而產(chǎn)生的震顫。例如RMS1閾值設(shè)置為–45 dB，RMS2閾值設(shè)置為–69 dB。當(dāng)輸入信號(hào)高于–45 dB時(shí)，GPIO1為高電平。當(dāng)輸入信號(hào)低于–69 dB時(shí)，GPIO1為低電平。當(dāng)輸入信號(hào)位于這兩個(gè)閾值之間時(shí)，GPIO1輸出信號(hào)保持先前所處的狀態(tài)(參見圖5)。

　　圖4還顯示了用以進(jìn)一步降低輸出噪聲的壓限器功能。例如，當(dāng)輸入信號(hào)低于–75 dB時(shí)，揚(yáng)聲器系統(tǒng)的輸出信號(hào)將會(huì)衰減到–100 dB，從而也降低了系統(tǒng)噪底。

　　圖5. RMS閾值設(shè)置以及輸入與輸出之間的關(guān)系

　　總結(jié)

　　噪聲和功耗是車載音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的巨大挑戰(zhàn)。ADI公司的SigmaDSP處理器已廣泛應(yīng)用于車載音響系統(tǒng)的數(shù)字音頻后處理，若利用其均方根檢測和 GPIO控制功能來顯著降低噪聲和功耗，則能進(jìn)一步發(fā)揮更大作用。SigmaStudio圖形化開發(fā)工具支持以圖形方式設(shè)置各種功能，而不需要編寫代碼，令設(shè)計(jì)工作倍加簡單。此外，由于功率放大器模塊通常離SigmaDSP處理器比離MCU更近，因此用SigmaDSP處理器來控制靜音功能，可以簡化布局布線工作并提高EMI抗擾度。

五、基于CPCI總線的多片ADSP-TS201引導(dǎo)設(shè)計(jì)

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　　數(shù)字信號(hào)處理器DSP是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它專門為實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的各種算法而設(shè)計(jì)，因而在硬件結(jié)構(gòu)上具有特殊性。TS201是ADI公司TigerSHARC系列中集成了定點(diǎn)和浮點(diǎn)計(jì)算功能的高速DSP。該處理器廣泛應(yīng)用于視頻、通信市場和國防軍事裝備中，適合于大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　TigerSHARC系列DSP引導(dǎo)程序的加載方法非常靈活，可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需求靈活選用。某雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)采用6U板形，CPCI總線采用歐洲卡尺寸標(biāo)準(zhǔn)，通過CPCI總線與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。針對(duì)該信號(hào)處理機(jī)硬件系統(tǒng)，本文提出一種引導(dǎo)方案，該方案采用CPCI總線向板卡傳輸引導(dǎo)代碼，進(jìn)而依靠FPGA通過鏈路口引導(dǎo)DSP自啟動(dòng)。

　　1 ADSP-TS201引導(dǎo)模式

　　DSP的引導(dǎo)就是在DSP系統(tǒng)復(fù)位的情況下從DSP外部存儲(chǔ)器裝載算法程序代碼的過程。TS201支持兩種引導(dǎo)模式：主引導(dǎo)(Master Boot)模式和從引導(dǎo)(S|ave Boot)模式。

　　在主引導(dǎo)模式下，TS201作為主動(dòng)方，用外部口輸出地址，讀引導(dǎo)方式選擇()等控制信號(hào)，從EPROM或FLASH中加載代碼。在從引導(dǎo)模式下，TS201作為被動(dòng)方，不向外部輸出控制信號(hào)，外部主機(jī)或其他設(shè)備向TS201的主機(jī)或鏈路口傳送要加載的代碼，TS201僅啟動(dòng)若干DMA通道，并執(zhí)行第一個(gè)DMA所接收的加載核。

　　另外，F(xiàn)S201還可以選擇一種“非引導(dǎo)”模式，或利用TS201的(仿真器)USB-ICE加載程序，這種方式可直接將程序加載到TS201內(nèi)部的RAM或外部的RAM中，DSP直接從RAM中運(yùn)行程序，常用于DSP的調(diào)試過程。

　　通過對(duì)TS201的引腳的設(shè)置，可將DSP的引導(dǎo)過程設(shè)置成主引導(dǎo)模式或從引導(dǎo)模式。在DSP復(fù)位期間，如果引腳為低電平，則選擇主引導(dǎo)模式，DSP從外部EPROM或FLASH中加載程序;若引腳為高電平，則進(jìn)入從引導(dǎo)模式，DSP為空閑狀態(tài)，等待主機(jī)或鏈路口加載程序。兩種引導(dǎo)模式都有相同的加載過程，具體步驟如下：

　　(1)TS201自動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)DMA，自動(dòng)把256個(gè)字(32位)傳送到內(nèi)部存儲(chǔ)器的地址0x00～0xFF。

　　(2)TS201執(zhí)行上述256個(gè)字的指令(加載核)，加載核啟動(dòng)其他DMA，把后續(xù)指令和數(shù)據(jù)加載到內(nèi)部和/或外部存儲(chǔ)器中。

　　(3)加載核自我覆蓋，執(zhí)行DSP算法程序。

　　本系統(tǒng)引導(dǎo)方案采用從引導(dǎo)模式，通過CPCI總線將代碼從主機(jī)傳至FPGA中，再利用FPGA經(jīng)過鏈路口啟動(dòng)DSP。

　　2 某雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)的引導(dǎo)設(shè)計(jì)方案

　　基于某雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)硬件處理平臺(tái)，采用如圖1所示的多DSP引導(dǎo)設(shè)計(jì)方案。

　　4片DSP的算法程序代碼(.LDR文件)通過上位機(jī)軟件傳輸?shù)紽PGA中，F(xiàn)PGA通過與DSPA的鏈路口給DSPA加載程序。DSPA加載成功后，分別引導(dǎo)DSPB，DSPC，DSPD啟動(dòng)。

　　采用這種方式加載DSP的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)試DSP時(shí)可以不使用JTAG仿真器;同時(shí)當(dāng)DSP自啟動(dòng)時(shí)，可以不采用FLASH或E2PROM存放程序代碼，對(duì)于DSP程序的大小沒有限制，也節(jié)約了電路板的空間及其硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

　　采用這種方式加載DSP的難點(diǎn)：CPCI總線與FPGA數(shù)據(jù)傳輸無誤及FPGA與TS201鏈路口通信，這兩個(gè)難點(diǎn)在實(shí)際工程中都已經(jīng)解決。CPCI總線與FPGA接口可以采用PLX9656芯片完成數(shù)據(jù)傳輸，所以這種加載模式的設(shè)計(jì)是可行的。

　　2.1 自動(dòng)引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)思路

　　為了設(shè)計(jì)加載(自動(dòng)引導(dǎo))程序，首先必須了解ADSP-TS201的軟件設(shè)計(jì)流程，其流程圖如圖2所示。

　　其中，鏈接描述文件(.LDF)定義了整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器配置和程序中數(shù)據(jù)及代碼的具體存放位置。加載核文件(.DEX)是指加載引導(dǎo)核程序，其功能是將用戶工程所編譯成功的可執(zhí)行文件(.DXE)合成一個(gè)鏈路口加載方式的輸出文件(.LDR)。該加載輸出文件用來定義加載過程中TS201的內(nèi)部和外部存儲(chǔ)器如何被初始化。

　　在VisualDSP++安裝目錄的ldr子目錄下，ADI公司提供了標(biāo)準(zhǔn)加載核文件和相應(yīng)的源程序(.ASM)和鏈接描述文件。一般可直接使用提供的標(biāo)準(zhǔn)加載核文件或?qū)ζ湎鄳?yīng)的源程序進(jìn)行簡單修改，重新編譯鏈接生成的加載核文件。加載文件是由引導(dǎo)加載器 (elfloader)將可執(zhí)行文件進(jìn)行一定的格式變化，并在起始位置附加上加載核文件生成的。

　　由于TS201有三種引導(dǎo)方式(不考慮非引導(dǎo)模式)，ADI公司相應(yīng)地提供了三種不同的加載和文件，分另0為：TS201_prom.dxe，TS201_li- nk.dxe，TS201_host.dxe。三個(gè)程序的核心思想和功能完全一致，只是由于使用的加載端口和方式不同，在具體代碼實(shí)現(xiàn)上稍有差異。由于本系統(tǒng)采用鏈路口啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)于DSPA，DSPB，DSPC，DSPD都采用不同的鏈路口啟動(dòng)，因此采用鏈路口加載核文件，需要對(duì)加載核文件稍作修改，滿足不用鏈路口啟動(dòng)的需求。

　　2.2 本信號(hào)處理機(jī)的復(fù)位引導(dǎo)設(shè)計(jì)流程

　　如圖1所示，4片DSP要運(yùn)行的程序最終通過上位機(jī)讀取后，通過CPCI總線傳至FPGA，4片DSP為鏈路口引導(dǎo)模式。DSP復(fù)位后，DSPA從FPGA加載程序，DSPA加載完成后，再分別通過鏈路口加載DSPB，DSPC，DSPD。加載完成后，4片DSP正常執(zhí)行各自的程序。

　　結(jié)合以上各部分的分析，可以看出要實(shí)現(xiàn)該信號(hào)處理機(jī)中4片DSP的正確引導(dǎo)，所需的工作由以下幾步組成：

　　(1)由DSPB要執(zhí)行的程序(DSPB.dxe)，結(jié)合鏈路口的加載核程序生成DSPB的加載文件(DSPB_bin.ldr)。需要注意的是，該鏈路口加載核程序不能直接使用提供的標(biāo)準(zhǔn)鏈路口加載程序，必須將提供的鏈路口加載核文件(TS201_link.asm)中的LINK常數(shù)改為 1(#define LINK 1)，即DSPB由鏈路口1引導(dǎo)。

　　(2)與(1)類似，生成DSPC的加載文件 (DSPC_bin.ldr)，只是需要把鏈路口加載核文件(TS201_link.asm)中的LINK常數(shù)改為2(#define LINK 2)，即DSPC由鏈路口2引導(dǎo)。同樣DSPD由鏈路口2加載，同樣生成DSPD的加載文件(DSPD_bin.ldr)。

　　(3)由于 DSPA要通過鏈路口來對(duì)DSPB，DSPC，DSPD進(jìn)行程序引導(dǎo)，所以在進(jìn)行DSPA編程時(shí)，需要在程序的最開始添加給后面所有ADSPTS2 01的引導(dǎo)程序。而每片ADSP-TS201的程序都由引導(dǎo)碼和用戶程序構(gòu)成，所以在DSPA給其余DSP傳輸程序時(shí)將傳輸完整.1dr文件的數(shù)據(jù)。

　　DSPA程序流程圖如圖3所示。

　　(1)DSPA關(guān)閉所有中斷，所有鏈路口和所有DMA通道，進(jìn)行初始化;

　　(2)開啟鏈路口3，2，1，0，設(shè)置鏈路口3接收中斷，鏈路口2，1，O發(fā)送中斷;

　　(3)設(shè)置鏈路口3通過DMA模式接收128 b數(shù)據(jù);

　　(4)判斷目前加載的DSP，設(shè)置相應(yīng)的鏈路口，發(fā)送接收到的128 b數(shù)據(jù);

　　(5)判斷DSPB，DSPC，DSPD是否加載完成，否則繼續(xù)通過鏈路口3接收數(shù)據(jù)，直到DSP都加載完成;

　　(6)加載完成后，DSPA運(yùn)行自身DSP程序。

　　3 系統(tǒng)測試結(jié)果

　　上述引導(dǎo)設(shè)計(jì)在某雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)中得到驗(yàn)證，通過上位機(jī)軟件，能靈活地加載引導(dǎo)代碼，使得調(diào)試更加便捷。測試上位機(jī)軟件如圖4所示。

　　修改雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理算法，成功地將算法代碼加載到信號(hào)處理機(jī)中，從而驗(yàn)證引導(dǎo)設(shè)計(jì)方案正確可行。

　　4 結(jié)語

　　本文以某雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于CPCI總線的鏈路口多DSP引導(dǎo)方案，介紹了軟件設(shè)計(jì)流程及引導(dǎo)方案思想，最后成功驗(yàn)證了本引導(dǎo)方案的正確性和可行性。本引導(dǎo)方案不使用FLASH或E2PROM存放代碼，使多DSP的軟件編寫更加靈活，調(diào)試更加方便，同時(shí)使得硬件電路設(shè)計(jì)更加簡潔。


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